Лекции - Теплонасосные и холодильные установки
Подождите немного. Документ загружается.
*
27. АБСОРБЦИОННО-ДИФФУЗИОННАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ
УСТАНОВКА
В 1920-ых годах в Швеции была изобретена абсорбционная установка, где
отсутствовали насосы для перекачки. При этом вместо двух компонентов в схему
вводился газ – водород. Смешиваясь с потоком аммиака перед входом в испаритель,
водород снижает парциальное давление рабочего агента (аммиака), тем самым
снижая его температуру кипения.
Циркуляция жидких и газообразных потоков осуществляется за счет сил
гравитации, т.е. разности плотностей.
На практике такие установки используются в качестве бытовых охлаждающих
устройств с температурой охлаждения от –5
О
С и выше.
Q
K
NH
3
+ H
2
NH
3
(пар) РБ И
K
I
NH
3
(ж)
Q
ДФ
ДФ NH
3
+ H
2
ГТ Q
O
Г
H
2
ТС Н
2
О h Q
A
II C
A
Продукты Q
Г
PT
Сгорания NH
3
+ H
2
ХШ – холодильный шкаф;
С – сепаратор;
ТС – термосифон;
ГТ – газовый теплообменник;
РТ – регенеративный теплообменник;
ДФ – дефлегматор;
31
РБ – расширительный бак.
При смешении аммиака и водорода парциальное давление аммиака
уменьшается.
К генератору подводится по жаровой трубе источник тепла. Естественное
движение жидкости в генераторе происходит за счет ТС, который представляет
собой несколько витков тонких труб вокруг центральной жаровой трубы. Поскольку
диаметр трубки небольшой, то она нагревается быстрее основной массы, и
образующиеся пузырьки пара проталкивают перед собой порции жидкости,
исполняя роль насоса.
В ректификаторе пар охлаждается и поступает в конденсатор. В точке I,
смешиваясь с водородом, аммиак кипит в испарителе, т.к. его парциальное давление
падает. Отработанная смесь из испарителя направляется в абсорбер, проходя через
ГТ. Для обеспечения естественного тока абсорбер расположен ниже верхнего уровня
жидкости в генераторе. В точке II происходит смешение всех компонентов,
образующееся тепло реакции отводится в окружающую среду. Водород в сепараторе
отделяется, а смесь аммиака и воды идет в генератор для последующего разделения.
28. СТРУЙНЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ
Различают две принципиальные схемы: повысительную и расщепительную. В
первом случае к установке подводится рабочий поток с параметрами Р
В
, Т
В
, который
осуществляет повышение потенциала тепла от уровня Т
Н
на промежуточный
средний уровень T
C
, ближний к Т
ОС
.
В схемах второго типа подводится рабочий поток с параметрами среднего
потенциала Р
С
, Т
С
. Проходя через установку, часть его делится на высокий
потенциал, а часть – низкий потенциал. Пример – вихревая труба. Роль компрессора
в струйных ТТ выполняют струйные аппараты, называемые эжекторами или
компрессорами.
1 4
2
P
B
, T
B
P
C
, T
C
3 P
H
, T
H
32
1 – сопловой аппарат;
2 – приемная камера;
3 – всасывающий патрубок;
4 – диффузор.
Струйный аппарат называется струйным компрессором, если степень
повышения давления:1,2 P
C
/ P
H
2,5 , а если Р
С
/Р
Н
>2,5 – эжектор.
29. ПАРОЭЖЕКТОРНАЯ ХОЛОДИЛЬНАЯ УСТАНОВКА
(ПОВЫСИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)
ГЭ
Вод. пар
P
B
, T
B
РГ
ГК
ПХ
И РВ
КН
Конденсат
ГЭ – главный эжектор; ПРУ – поплавковый регулятор уровня;
ХВН – холодноводный насос;ГК – главный конденсатор;
ПХ – потребитель холода; КН – конденсатный насос.
Функция эжектора – создавать разряжение в испарителе. Назначение:
производство холодной воды для горячих цехов металлургического производства. За
счет работы эжектора поддерживается разряжение, которое соответствует заданной
температуре кипения t
0
. Холодная вода насосом ХВН подается к потребителю,
затем – в испаритель. Конденсат из ГК возвращается к источнику пароснабжения.
Часть конденсата для восполнения потерь направляется в испаритель. Так как
испаритель находится под разряжением, то внутрь испарителя поступают присосы
атмосферного воздуха. Он ухудшает теплообмен в конденсаторе, поэтому он
периодически удаляется вспомогательными эжекторами.
30. ВИХРЕВАЯ ТРУБА (РАСЩЕПИТЕЛЬНАЯ СХЕМА)
33
Рабочий поток (P
C
, T
C
)
3
4
Т
Х
Т
Г
1 2
1- корпус (цилиндрическая труба);
2- диафрагма;
3- тангенциальное сопло;
4- регулирующий клапан.
Принцип работы:
К установке подводится сжатый поток воздуха с параметрами Р
С
, Т
С
.
Поступая в тангенциальное сопло, поток разделяется на две части. Периферийная
часть потока воспринимает тепло трения об трубу и энергию от центральных слоев
и направляется через регулирующий клапан, а центральная часть потока
направляется в противоположную сторону, где температура падает.
31. ГАЗОВЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ
Принципиальная схема:
Q
B
TO
N
ДТ
ТДт ТКМ N
ДТ
ТП
Q
H
TO – теплоотдатчик;
TП – теплоприемник.
Цикл Карно
Т
3 P
3
2 P
2
Т
В
34
Т
Н
P
4
4 P
1
1
S
1-2 – адиабатическое сжатие;
2-3 – изотермическое сжатие с отводом тепла ВИТ;
3-4 – адиабатическое расширение;
4-1 – изотермическое расширение с подводом тепла НИТ.
Цикл Джоуля
P
2
= P
3
T q
B
2
3
T
B
P
1
= P
4
T
H
1
q
H
4 S
Холодильный коэффициент для цикла Джоуля
43P12P
41P
ДТKM
oo
TTCTTC
TTC
ll
q
l
q
Если С
Р
= const, тогда
1
T
T
T1
T
T
T
TT
4
3
4
1
2
1
41
Так как
K
1K
4
3
K
1K
1
2
4
3
1
2
P
P
P
P
T
T
T
T
, то:
1
T
T
1
1
T
T
1
O
2
1
2
Следовательно, не зависит от свойств хладагента, а зависит от максимальной
температуры и температуры охладителя. Чем ниже максимальная температура Т
2
тем выше холодильный коэффициент.
35
Степень термодинамического совершенства цикла
ТС
=
Н
, где
Н
– коэффициент работоспособности НИТ.
1
T
T
O
OC
H
, тогда
1
T
T
1
T
T
1
T
T
1
T
T
1
O
2
O
OC
O
OC
O
2
TC
Так как Т
ОС
Т
2
то
ТС
1
Для цикла Карно
ТС
К
= 1
32. ГАЗОВЫЙ ЦИКЛ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ
Схема газового ТТ с регенерацией:
Q
B
5 2
TO
TKM
1
PT
3 6
ТДТ
ТП
4 Q
H
Цикл в T-S – диаграмме:
T
q
B
2
5
T
B
1
36
T
H
3
6
4 q
O
S
Регенерация – это использование внутренних энергетических ресурсов цикла. Этот
цикл дает значительно меньшую потерю эксергии.
Реальный газовый цикл ТТ:
33. СРАВНЕНИЕ ПОТЕРЬ ЦИКЛОВ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ
И БЕЗ РЕГЕНЕРАЦИИ
T
2
a
a 2
3 5
T
B
1
37
1
T
H
3 6 T
H
4 S
Увеличение работы ТКМ:
1. Цикл без регенерации
L = L
Д
– L
ИД
= С
Р
(Т
2
– Т
1
) – С
Р
(Т
А
– Т
1
)
L
Д
= L
ИД
/
ik,
где
ik
- внутренний индикаторный КПД.
L = C
P
(T
A
– T
1
) /
ik
– C
P
(T
A
– T
1
) = C
P
(T
A
– T
1
)(1/
ik
– 1)
2. Цикл с регенерацией
L
P
= C
P
(T
A
|
– T
1
|
)(1/
ik
|
– 1),
ik
|
ik
L
P
L, так как (T
A
– T
1
) (T
A
|
- T
1
|
)
34. ЦИКЛ ВАКУУМНОЙ ВОЗДУШНОЙ ХОЛОДИЛЬНОЙ
УСТАНОВКИ С РЕГЕНЕРАЦИЕЙ
Схема цикла и его изображение в T-S – диаграмме:
Т T
MAX
6
КМ
Атм. Воздух 1 5
1
РТ Т
ОС
q
P
2 4 5
2
ДТ T
2-4
4
T
MIN
38
3 3
ХК
В случае перестановки детандера за холодильную камеру, температурный
режим будет выше, чем в первом случае.
T
P =1 атм
1
T
OC
2 P <1 атм
3
q
O
5
4
S
2-3 – процесс в холодильной камере.
35. ПУТИ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОТИ ГАЗОВЫХ ЦИКЛОВ
Существует два направления:
1) снижение максимальной температуры цикла («суженые» циклы);
2) многоступенчатое сжатие и расширение.
1. Снижение максимальной температуры цикла.
1
T
T
1
H
2
- холодильный коэффициент.
Цикл в T-S – диаграмме:
T
2
22
PP
2
T
B
3
3
T
H
1
4
39
4 S
OO22
qqTT
Так как Q
O
= G q
O
= const, где G – количество циркулирующего газа, то с
уменьшением q
O
должно увеличиваться G, что приводит к увеличению
потребляемой электрической энергии.
2. Многоступенчатое сжатие и расширение.
Цикл в T-S – диаграмме для трехступенчатого сжатия и расширения:
T
5 2
T
B
T
H
1
6
S
Если
n
, то цикл Джоуля трансформируется в цикл Карно.
Итак, в основе газовых процессов лежат два идеальных цикла Джоуля и Карно.
В рассмотренных схемах за основу принимался цикл Джоуля – подвод и отвод тепла
по изобарам. Все показатели реальных циклов меньше идеальных, а для увеличения
показателей необходимо уменьшить Т.
Регенеративные схемы газовых ТТ имеют меньшую степень сжатия и
расширения, следовательно, потери меньше, а эффективность выше.
36. ГАЗОЖИДКОСТНЫЕ ТЕРМОТРАНСФОРМАТОРЫ
Чаще их называют криорефрижераторными установками (или системами). В
отличие от парожидкостных термотрансформаторов, рабочее тело походит
состояние не только пара и жидкости, но и газа.
Температура кипения t
O
= - 200…-250
О
С.
Рабочие тела: азот, аргон, гелий, кислород, углекислота.
40